薄膜光学-典型膜系
薄膜光学技术-1第一章 薄膜光学特性计算基础
Hi N(k0Ei) HrN(k0Er)
N0 (k0 E0i ) N0 (k0 E0r ) N1(k0 E1t )
N0E0i N0E0r N1E1t
(2)
(1)×N1-(2)得振幅反射系数:
r
E0r E0i
N0 N1 , N0 N1
(1)×N0+(2)得振幅透射系数:
t
E1t E0i
第23页
第三节 单层薄膜的反射和透射
1、等效界面
➢ 入射介质与薄膜和基底组合形成的等效介质之间的界面。
2、等效导纳
➢ 等效界面下等效介质的光学导纳
YH
➢ 等效导纳等于其所等效膜堆的组合导纳。 E
3、等效反射系数
➢等效界面的反射系数
➢ 等效界面的反射系数和反射率等于其所等效膜堆的反射系数
和反射率
r 0 Y 0 Y
1 At
(s)
p 400112
T R A 1
其中，A是能量吸收率。 对于无吸收的全介质薄膜系统
T+R=1。
1
R 2 Rs RT 1
Rp ,
1
T 2 Ts Tp
Rs Rp 1
Ts Tp 1
第21页
垂直入射
倾斜入射
R
N0 N1
T
N0
θ0
N1 a
b
θ1
r N0 N1 N0 N1
r 0 1 0 1
H0 tan= H1 tan ,
E0itan + E0rtan = E1t tan H0itan + H0rtan = H1t tan
0 1
第14页
第二节 单一界面的反射和透射
1、Fresnell’s formulae and modified admittance 振幅反射系数（菲涅耳反射系数）： rEr Ei 振幅透射系数（菲涅耳透射系数）： t Et Ei
薄膜光学
教材参考书[1] H.A.LightingColour Control in LCD ProjectionSystems光学薄膜理论与薄膜设计软件从事科学活动的目的是认识自然、改造自然、造福人类薄膜光学通过近几十年的发展在以下方面都有了长足的进步：1.前言薄膜光学讲什么薄 膜 光 学——前言前言——光学薄膜的应用 目前光学薄膜两个重要的应用领域：¾光通信：以DWDM(dense wavelengh division multiplexer)filter为代表的光无源器件¾信息显示技术：LCD、LCOS投影显示技术薄膜怎样工作的：紧密合作 各司其职 严密的理论、精密的制备光学薄膜在投影显示中的应用光学薄膜在液晶投影显示中的应用薄 膜 光 学——前言 光学薄膜在液晶投影显示中的应用薄 膜 光 学——前言光学薄膜在液晶投影显示中的应用 ¾高效率的减反射膜与高反射膜 ¾冷光镜及红外、紫外截止滤光片 ¾偏振光转换用膜 ¾分色与合色光学薄膜液晶投影显示系统中，几乎所有的典型的光学薄 膜都得到了应用。
-----唐晋发薄 膜 光 学——前言本学期课程安排光学薄膜的基础理论 分析光学薄膜的有效方法 几种典型膜系介绍 成膜机理及工艺（薄膜制造技术及制作工艺）简介 常用的薄膜材料特性薄 膜 光 学——基础理论光学薄膜基础理论几个条件： 9工作波段：光学 9薄膜厚度与考虑的波长在一个数量级 9薄膜的面积与波长相比可认为无限大 9薄膜材料各向均匀、同性 9薄膜材料为非铁磁性材料 9光穿过膜层而非沿着膜层在膜层内传播。
《光学薄膜膜系设计》课件
，常用的测量方法有光谱椭偏仪法和光谱反射法等。
03
光学薄膜设计方法
膜系设计的基本原则
光学性能原则
薄膜的光学性能应满足设计要求，如 反射、透射、偏振等特性。
物理化学稳定性原则
薄膜应具有优良的物理和化学稳定性 ，能够经受环境因素的影响，如温度 、湿度、紫外线等。
机械强度原则
薄膜应具有足够的机械强度，能够承 受加工和使用过程中的应力。
干涉色散
由于薄膜干涉作用，不同波长的光 波会产生不同的相位差，导致不同 的干涉效果，从而产生色散现象。
薄膜的光学常数
光学常数定义
01
描述介质对光波的折射率、消光系数等光学性质的一组参数。
薄膜的光学常数
02
对于光学薄膜，其光学常数包括折射率、消光系数、热光系数
等。
光学常数测量
03
通过测量光波在薄膜中的传播特性，可以获得薄膜的光学常数
反射膜的应用案例
总结词
反射膜主要用于将特定波段的光反射回原介质，常用于聚光镜、太阳能集热器等领域。
详细描述
反射膜具有高反射率和宽光谱特性，被广泛应用于太阳能利用和照明工程中。通过将反 射膜镀在金属镜面上，可以大大提高光的反射效率，从而实现高效聚光和散热。此外，
反射膜还用于制作装饰性和广告用反射镜面。
干涉现象
当两束或多束相干光波相遇时，会因相位差而产生明暗相间的干 涉条纹。
干涉条件
为了产生稳定的干涉现象，需要满足相干波源、相同频率、相同 方向和相同振动情况等条件。
薄膜的干涉效应
薄膜干涉原理
当光波入射到薄膜表面时，会因 反射和折射而产生干涉现象。
薄膜干涉类型
根据光波在薄膜中传播路径的不同 ，可分为前表面反射干涉和后表面 反射干涉。
薄膜光学思考题和习题
称为真空的光学导纳
光学波段，
所以有：Y=NY0
所以，在光学波段，以真空中的光学导纳为单位，用复折射率N表示介质的光学导纳。
答：
*
8、写出坡印廷矢量 的表达式，并指出其物理意义
答：坡印廷矢量又称为能流密度矢量，其表达式为：
它的大小表示电磁波所传递的能流密度，它的方向代表能量流动的方向或电磁波传播的方向。
答：涂敷在基片上使得一定范围内的波长的光具有很高的反射率，而其它波长的光具有一定的透射率的膜系称为滤光片。滤光片分为干涉截止滤光片、窄带、带通滤光片、金属滤光片、负滤光片等几类。
答：1)．透射曲线开始上升(或下降)时的波长以及此曲线上升(或下降)的许可斜率；2)．高透射带的光谱宽度、平均透射率以及在此透射带内许可的最小透射率；3)．具有低透射率的反射带(抑制带)的光谱宽度以及在此范围内所许可的最大透射率。
*
51、常见的光学薄膜的依附体即常用的光学基片有哪几大类？ 答：一)、玻璃，在光学应用上最重要，分为无色光学玻璃、有色光学玻璃、普通玻璃、特殊玻璃等； 二)、陶瓷； 三)、光学晶体，分为低族晶体、中族晶体和高族晶体，常用中级晶族和高级晶族； 四)、光学塑料，分为三大类：A、塑料透镜(包括工业、仪器用透镜、眼镜、接触眼镜、非球面透镜、棱镜和菲涅耳透镜等)；B、光盘及光学纤维；C、其它功能性光学塑料元件； 五)、金属
19、一块玻璃的折射率为1.5，在其表面镀制一层折射率为1.38的薄膜，要达到让552nm的光入射时损失最小，那么要多厚的膜才能达到目标？(即膜层的几何厚度为多少？) 答：此时的膜层光学厚度要达到四分之一波长才能达到要求，则几何厚度为：d=λ0/(4n)=552/(4×1.38)=100nm。
20、一束波长为560nm的光垂直照到一块折射率为1.5、厚度为3mm的透明玻璃上，玻璃第一表面镀有3层膜，从玻璃表面算起，第一层薄膜的折射率为2，几何厚度为70nm、第二层薄膜的折射率为1.4，几何厚度为200nm、第三层薄膜的几何厚度是66.7nm，折射率为2.1，另一表面没镀膜，问这束光通过玻璃后，损失多少能量？上述过程在空气中进行的。
(参考资料)3-2光学薄膜系统设计
在整个透射带，透过率在两个极值之间振荡：
R1
0－g 0 +g
2
膜厚4的偶数倍，
膜层变为虚设层
R2
0－E2 0 + E2
g g
2
膜厚4的奇数倍
产生波纹的原因： 1）等效光学导纳失配(波纹的幅度)(R1-R20)； 2）等效位相厚度随波长变化。
压缩波纹的方法
R1
0－g 0 +g
2
,
R2
通常波纹幅度大小是由等效折射率与基片和入射介质的匹配程度决定的而波纹的密度是由周期数多少决定的因为周期数多那么这个等效层的厚度就大高级次干涉峰就会靠的很近波纹就密
§2.4 干涉截止虑光片
1）什么叫干涉截止滤光片：利用多光束干涉原理，让某一 波长范围的光束高透，而让偏离这一波长区域的光束变为 高反的光学膜片。
主要参数： 中心波长（峰值波长）； 中心波长处的透过率； 通带宽度：透射率降为峰值透过率一半的波长宽度。
两种典型结构： 1）由一长波通膜系和一短波通膜系的重叠带波段形成的通 带。其特点为较宽的截止带和较深的截止度，但不易得到窄 的通带宽度。 2）Fabry-perot（F-P）干涉仪式的滤光膜系。其特点为可得 到很窄的通带宽度，但截止带也较窄，截止度也浅。
2 2 arcsin(1 R )
0 m
2R
中心波长的峰值透射率：
Tmax
T1T2 (1 R)2
当反射膜没有吸收、散射损失，而且反射膜是完全对称时， 滤光片的透射率和光洁基板一样高。
当反射膜有吸收、散射损失时，假定反射膜是完全对称时，
Tmax
T12 (1 R12 )2
(T12
T122 A12 )2
12
光学薄膜-红外膜
光学薄膜——红外膜红外膜相关介绍12 3红外膜制备技术常见红外膜及其应用国内外研究现状及发展方向目录41. 红外膜的相关介绍①定义红外膜是指对红外辐射是透明的固体薄膜，它主要的透明区是在中波范围（0.9um~5um）和长波范围8um~12um。
大多数中波范围的材料在可见光范围（0.3um~0.7um）也是透明的。
②红外膜类型1、基片的类型中波红外光学材料包括氧化物陶瓷，如A120,蓝宝石单晶、Zr02,Mg0 ,MgA120(尖晶石)、AION(氮氧化铝)、石英晶体和熔融石英;氟化物晶体如CaF2 , MgFz , Si3N4 , SiC等。
长波材料大多是半导体材料，如W族半导体材料Ge,Si和金刚石;2、膜料类型红外膜系材料中，低折射率材料A1F3,MgF2,SiO2,A1203, ThF4，高折射率材料有ZnS,ZnSe,Zr02,HfO2,TiO2,Ta207, Si,Ge等。
2020/6/2820世纪30年代80 年代初近年来军事新型红外膜隐身材料20世纪90年代中期提出红外膜概念成为研究的热点③硬膜的发展历程红外膜研究取得了很多成果红外膜硫化锌ZnS 硒化锌ZnSe 氟化镁MgF2二氧化硅SiO2硅Si 锗Ge氧化铝Al2O3④常见的红外膜材料2. 红外膜制备技术①化学气相沉积技术化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,CVD）是一种热化学反应过程，是在特定的温度和经过特别处理的基体（包括硬质合金和工具钢材质）表面所进行的气态化学反应。
CVD技术常常通过反应类型或者压力来分类，包括低压CVD(LPCVD)、常压CVD(APCVD)、等离子体增强CVD(PECVD)以及Hot-Filament CVD和Laser Induced CVD等。
①化学气相沉积技术等离子体辅助化学气相沉积是制备超硬薄膜的主要方法之一，它结合了物理气相沉积和传统化学气相沉积的优点，既可以在较低的温度下沉积薄膜，又可以用于复杂形状工件内表面镀膜，是改善工件表面磨损性能和抗高温氧化性能的有效途径。
薄膜光学技术_第02章 03 中性分光膜
1.68
22
多层分光膜G/ (HL) 8 /G 45度入射
基片折射率1.66， 2.38，1.35
23
例题
在硅基底（折射率3.5）上镀3微米到5微米的 分光膜，角度为45，分光比为1：1，材料为硫 化锌和氟化镁，计算4微米处的反射率？
多层分光膜 G/(HL)82H/G 45度入射 基片折射率3.5， 膜层折射率2.38，1.35 设计波长4600
25
M
p
M HpM Lp
c os H
i Hp sin H cos L
8
i
Hp
sin L
iHp sin H cos H iLp sin L cos L
Ms
M Hs M Ls
c os H
iHs sin H
i Hs
0
1 2 90o
所以有： n1 cos 1 n2 cos 2
又因为： n1 sin 2 n2 sin 1
消去θ2,得Rp=0的入射角θ1=θB
B arctgn2 n1
θB叫布儒斯特角或偏振角。 20
增加S偏振 光的反射率 H,L同时满足布儒斯特角， nH nL 对p分量有效折射率相等: cos H cos L 并符合折射定律: nH sin H nL sin L ns sin s
sin H
c os L
cos H iLs sin L
i Hs
sin
L
8
cosL
Yp
Cp Bp
, Ys
Cs Bs
Rs
8薄膜光学
此时反射率最大，透过率最大：
RM
r1 r2 1 r1r2
2
n2 n2
n0nG n0nG
2
此时膜层厚度：
h
2
N 4
1
n
对于单层增反膜，镀膜材料折射率越大越好。
4.3.2 双层膜
设计光学薄膜计算量很大， 目前都是借助计算机软件设 计。在实践设计中多采用光 程先决法。
即先把膜层旳光学厚度定为λ/4，然后再拟定材料。
简介一种等效界面法。
1 2
3
先考虑由基底g和膜层3
g
构成旳单层膜系统。
由式(4.38)可得，此单层膜系统旳反射系数：
r r23 r3g exp(i ) 1 r23r3g exp(i )
因为是λ/4膜系，所以：
r r23 r3g 1 r23r3g
1
再考虑由膜层2和反射系
2
数为 r 旳等效膜层(3,g)
几种不同层数旳λ/4膜系旳反射率曲线
反射带宽旳计算公式为
2g
4
arcsin
nH nH
nL nL
式中，g=λ0/λ。由此可见，反射带半宽度Δg只与nH/nL有关，
nH/nL愈大，带宽就愈大。例如，对于由ZnS(nH=2.34)和MgF2
(nL=1.38)材料镀制旳λ0=0.632 8 μm旳反射膜，其反射带半宽度
h
2N 4
1
n
n n0nG
单层增透膜旳缺陷： 1.增透带宽窄。 2.材料限制。
(2) n0 n nG 或 n0 n nG 旳情形
此时有半波损失，反射率总不小于4％，这种薄膜有增反作用。
当 2N 或D N 时，反射率最低，
相当于没有镀膜。
光学薄膜膜系设计方法
光学薄膜膜系设计方法光学薄膜啊，就像给光学元件穿上了一层特制的小衣服。
那这膜系设计呢，就像是精心挑选衣服的款式和布料。
一种常见的方法是基于经验的设计。
这就好比咱做饭，一开始照着老菜谱做。
那些有经验的工程师啊，他们经过好多好多的实践，知道在哪些情况下用哪种薄膜材料组合比较好。
比如说，要是想让光更多地透过，可能就会想到某些透光度高的材料，像氟化镁之类的。
他们心里有个小本本，记着不同材料在不同光学环境下的表现，就这么凭经验先搭出个大概的框架来。
还有一种是计算机辅助设计。
这个就很酷炫啦。
现在科技这么发达，计算机就像个超级聪明的小助手。
我们把光学薄膜需要达到的各种要求，比如反射率要多少、透过率要多少之类的参数输进去。
然后计算机就开始它的魔法之旅啦。
它会根据内置的算法，算出各种可能的膜系结构。
这就像是我们在网上搜衣服，输入自己的尺码、喜欢的风格，然后出来一堆推荐一样。
不过呢，计算机算出来的结果也不是完全就可以拿来用的，还得经过人工的分析和调整。
在设计膜系的时候啊，材料的选择可太重要啦。
就像我们挑衣服的布料，得考虑它的质地、颜色、功能啥的。
对于光学薄膜材料，我们要关注它的折射率、吸收率这些特性。
不同的折射率会让光在薄膜里的传播路径发生不同的变化。
要是选错了材料，那这个光学薄膜可能就达不到我们想要的效果啦，就像穿错了衣服去参加活动，会很尴尬的呢。
另外，膜层的厚度也是个关键因素。
这厚度就像衣服的厚度一样，得刚刚好。
如果膜层太厚或者太薄，光的干涉效果就会受到影响。
比如说，要是想通过干涉来增强反射，那膜层厚度就必须得精确控制，差一点点都不行哦。
光学薄膜膜系设计不是一件简单的事儿，但是只要我们掌握了这些方法，就像掌握了搭配时尚穿搭的秘诀一样，就能设计出很棒的光学薄膜啦。
宝子们，是不是感觉还挺有趣的呢？。
光学薄膜及制备教程
当膜层的光学厚度为中心波长的四分之一时，则两个 复振幅反射率的矢量方向完全相反，合矢量的模最小，此时 有
r r1 r2
若要出现零反射的情况，要求
r1 r2
即，
n0 n1 n1 n2 n0 n1 n1 n2
化简得
n1
n0 n2
因此，理想的单层减反膜的条件是：膜层的光学厚 度为1/4波长其折射率为入射介质和基片介质折射率乘积 的平方根。
2.2 介质反射膜
介质反射膜特点： 反射率高 性能稳定 不易受损伤 对入射角敏感 带宽窄
介质反射膜应用场合： 多元件复杂光学系统 激光谐振腔 高功率激光 不要求宽带的场合
介质反射膜的结构是在折射率为ns基片上镀制光学厚度为 λ0/4的高折射率（n1）膜层，由于空气/膜层和膜层/基片界 面的反射光同相位，是反射率大大增加。该中心波长λ0的光 垂直入射时的反射率为
1.2.3 多层减反膜
常用的三层减反膜是“λ/4-λ/2-λ/4”膜系。对于中心 波长来说，λ0/2光学厚度的膜层为“虚设层”，对反射率没有 影响，与“λ/4-λ/4”的双层减反膜效果相同。但是λ/2膜层 对其他波长有影响，选择适当的折射率值，可以使反射特性曲 线变得平坦。
2.高反膜
高反膜的作用：增加介质间界面反射，减少损耗。 应用：光学仪器、激光器等
金膜
红外区高反射率（~95%）
强度和稳定性比银膜好
与玻璃基片的附着性差，常用铬膜作为衬底层 不能擦洗
由于多数金属膜较软，容易损坏，常常在金属膜外面 加一层保护膜。这样既能改进强度，又能保护金属膜不受 大气的侵蚀。 对于光学仪器中的反射镜，单纯金属膜的特性已能够 满足常用要求。但是某些场合，如多光束干涉仪、高质量 激光器的反射膜等，由于金属膜的吸收损失较大，故应采 用地吸收、高反射率的介质高反射膜。
光学薄膜膜系设计
P—偏振光
R = r12 + r22 = 1,
φ = tan−1(r2 / r1)
16
第二介质是吸收介质的情况
n0 sinθ0 = (n1 − ik1)sinθ1
sinθ1 = n0 sinθ0 /(n1 − ik1) ,
cosθ1 = 1− [n0 sinθ0 /(n1 − ik1)]2
η1s = (n1 − ik1) cosθ1 = n12 − k12 − n02 sin2 θ0 − 2in1k1 = ±α ± iβ
10
反射光和透射光的振幅和反射位相
约定电场和磁场的方向
H•0+lE0+
×
H 0 −lE0 −
•
H1lE1
系数)
E0tan = E0+tan +E0−tan =E1tan
H 0 tan
=
H+ 0 tan
+
H− 0 tan
=
H1tan
H0 tan
=
y0 E0+ tan
−
y0
E− 0 tan
=
y1E1tan
β >0, 光波在吸收介质中按指数衰减
如果 α > 0, 第四象限 α < 0 , 第三象限
(n1 − ik1) cosθ1 = n12 − k12 − n02 sin2 θ0 − 2in1k1
=(ρeiφ)1/2 = ρ e 1/2 iφ/2
17
φ 第三象限, φ / 2 一定在第二象限或第四象限。
振幅反射系数(菲涅尔反射
r
=
E0−
/ E0+
=
E− 0 tan
/
典型膜系1
薄 膜 光 学——典型膜系 典型膜系
1.2 双层增透膜
cos δ 2 η1 cos δ 1 iη 2 sin δ 2 2π λ0 π 2π λ0 ⋅ = ,δ 2 = ⋅ =π δ1 = λ0 4 2 λ0 2 C B = cos δ 1 iη1 sin δ 1 i sin δ 1 i sin δ 2 1 η2 cos δ 2 η 3
2 2 1
1
1 η 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
n0 − n n2 = n 12 n + 0 n2
2
薄 膜 光 学——典型膜系 典型膜系
1.1 单层增透膜
薄 膜 光 学——典型膜系 典型膜系
1.1 单层增透膜
单层增透膜的出现，在历史上是一个重大的进展， 单层增透膜的出现，在历史上是一个重大的进展，直至 今天仍广泛地用来满足一些简单的用途。 今天仍广泛地用来满足一些简单的用途。但是它存在着两个 主要的缺陷，首光对大多数应用来说剩余反射还显得太高， 主要的缺陷，首光对大多数应用来说剩余反射还显得太高， 此外，从未镀膜表面反射的光线， 此外，从未镀膜表面反射的光线，在色彩上仍保持中性而从 镀膜表面反射的光线就不然，破坏了色的平衔． 镀膜表面反射的光线就不然，破坏了色的平衔．其结果是不 可能作出良好的色彩还原，作为变焦距镜头超广角镜头， 可能作出良好的色彩还原，作为变焦距镜头超广角镜头，大 相对孔径等新型透镜系统中的镀层，那更是不能符合要求。 相对孔径等新型透镜系统中的镀层，那更是不能符合要求。 有两个途径可以提高增透效果： 有两个途径可以提高增透效果： 采用变折射率的所谓非均匀膜， 采用变折射率的所谓非均匀膜，它的折射率随着厚度的增 加呈连续的变化； 加呈连续的变化； 采用几层折射率不同的均匀薄膜构成多层增透膜； 采用几层折射率不同的均匀薄膜构成多层增透膜；
薄膜光学PPT课件
Sol-Gel是一种制备光学薄膜的新方法，具有工艺简单、成本低等优点。该方法制备的薄 膜具有纯度高、均匀性好等优点，可广泛应用于各种光学器件的制造。
在新能源和光电器件中的应用前景
太阳能光伏电池
光学薄膜在太阳能光伏电池中有着广泛的应用，如减反射膜、抗反射膜等。通过使用高性能的光学薄膜，可以提高光 伏电池的光电转换效率和稳定性。
散射类型
瑞利散射、米氏散射、拉 曼散射等。
散射强度
与波长、散射颗粒或分子 的尺寸、形状和折射率有 关。
光的吸收和反射
光的吸收
光波通过介质时，能量 被介质吸收转化为热能 或其他形式的能量的现
象。
吸收系数
表示介质对不同波长光 的吸收能力，与物质的
性质和浓度有关。
反射现象
光波在介质表面发生方 向改变的现象，可分为
光电探测器
在光电探测器中，光学薄膜可以起到保护、增强光信号的作用。高性能的光学薄膜可以提高探测器的响应速度、灵敏 度和稳定性。
激光器
在激光器中，光学薄膜可以起到调制激光输出、提高激光质量的作用。新型的光学薄膜材料和制备技术 可以推动激光器技术的发展，为新能源和光电器件的应用提供更广阔的前景。
THANKS
干涉仪测试的原理基于光的干涉现象，通过将待测薄膜放置在干涉仪中，与标准参 考膜片进行干涉，通过测量干涉图谱的变化来计算薄膜的光学常数。
分光光度计测试
分光光度计测试是一种通过测量 光的吸收光谱来分析物质的方法， 广泛应用于薄膜的光学性能测试。
分光光度计测试可以测量薄膜的 吸收光谱、反射光谱和透射光谱， 从而获得薄膜的折射率、反射率、
新型制备技术的探索
化学气相沉积（CVD）
光学薄膜完整版
光学薄膜技术复习提纲闭卷考试 120分钟考试时间：17周周三下午3:00---5:00（12月30号）题型：选择题（10*2）填空题（10题24分）判断题（10题）简答题（4题24分）综合题（2题22分,计算1题，论述1题）考试内容包含课本与课件，简答和综合题包含作业和例题一、判断题1. 光束斜入射到膜堆时，S －偏振光的反射率总是比p －偏振光的反射率高（正确）2. 对称膜系可以完全等效单层膜（错误，仅在通带中有类似特性）3. 对于吸收介质，只要引入复折射率，进行复数运算，那么就可以完全使用无吸收时的公式（正确）4. 膜层的特征矩阵有两种表达方式：导纳矩阵和菲涅尔系数矩阵（错误）5. 简单周期性多层膜，在其透射带内R<<1（错误）6. 在斜入射情况下，带通滤光片S －偏振光的带宽比p －偏振光的带宽为大（正确）7. 在包含吸收介质时，光在正反两个入射方向上的透过率是一样的（正确）8. 发生全反射时，光的能量将不进入第二介质（错误）9. 斜入射时，银反射膜的偏振效应比铝反射膜大（Al ：0.64-i 5.50，Ag ：0.050-i 2.87）（错误，因为银的折射率远小于铝）10. 高反射介质膜的截止深度是指在截止波长处的反射率（错误，是指截止带中心处的反射率）第一章 薄膜光学特性计算基础1、 干涉原理：同频率光波的复振幅矢量叠加。
2、 产生干涉的条件：频率相同、振动方向一致、位相相同或位相差恒定。
3、 薄膜干涉原理 ：层状物质的平行界面对光的多次反射和折射，导致同频率光波的多光束干涉叠加。
4、 光学薄膜：薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系。
5、 麦克斯韦方程组：(1) -(2) (3)0(4)D H j tB E tD ρB ∂∇⨯=+∂∂∇⨯=∂∇∙=∇∙= 6、 物质方程：D E B H j E εμσ=⎧⎪=⎨⎪=⎩7、 光学导纳：00r H N Y K E εμμ==⨯ 8、 菲涅尔系数：菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅透射系数。
光学薄膜完整版全解
光学薄膜技术复习提纲闭卷考试120分钟考试时间:17周周三下午3:00—5:00 （12月30号）题型：选择题（10*2）填空题（10题24分）判断题（10题）简答题（4题24分）综合题（2题22分，计算1题，论述1题）考试内容包含课本与课件，简答和综合题包含作业和例题一、判断题1.光束斜入射到膜堆时，s—偏振光的反射率总是比p—偏振光的反射率高（正确）2.对称膜系可以完全等效单层膜（错误，仅在通带中有类似特性）3.对于吸收介质，只要引入复折射率，进行复数运算，那么就可以完全使用无吸收时的公式（正确）4.膜层的特征矩阵有两种表达方式：导纳矩阵和菲涅尔系数矩阵（错误）5.简单周期性多层膜，在其透射带内R«1 （错误）6.在斜入射情况下，带通滤光片S—偏振光的带宽比p—偏振光的带宽为大（正确）7.在包含吸收介质时，光在正反两个入射方向上的透过率是一样的（正确）& 发生全反射时，光的能量将不进入第二介质（错误）9.斜入射时，银反射膜的偏振效应比铝反射膜大（AI： 0.64-/5.50, Ag： 0.050-/2.87）（错误，因为银的折射率远小于铝）10.高反射介质膜的截止深度是指在截止波长处的反射率（错误，是指截止带中心处的反射率）第一章薄膜光学特性计算基础1、干涉原理：同频率光波的复振幅矢量叠加。
2、产生干涉的条件：频率相同、振动方向一致、位相相同或位相差恒定。
3、薄膜干涉原理：层状物质的平行界面对光的多次反射和折射，导致同频率光波的多光束干涉叠加。
4、光学薄膜：薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系。
5、麦克斯韦方程组：Vx//= / + —(1) dtVxE = -^y(2)V»D = p(3)▽• 3 = 0(4)6、物质方程:D = sE \B = pH7、 光学导纳：y =也瓦\KxE\ 8、 菲涅尔系数：菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅透射系数。
9、 特征矩阵：表征薄膜特性的矩阵，仅包含薄膜的特征参数cos q — sin §z?/1 sin q cos ®11、 虚设层：当膜层厚度对于中心波长来说是几/2或其整数倍时，该层存在对于中心波长 处的透过率/反射率无影响，因此称为虚设层。
薄膜光学技术_第02章 01 减反射膜
22
例如：
K9/MH1H2H3L/A nM=1.63, nH1=1.95, nH2=2.32, nH3=1.87,NL=1.38
nH1=1.95 nH3=1.87
0.379H20.215L0.379H2 0.288L0.384H20.288L
光学薄膜技术
Optical thin films and Technology
第二章 光学薄膜膜系设计及其应用
1
第二章：光学薄膜膜系及其应用
第一节 减反射膜 第二节 高反射膜 第三节 中性分束膜 第四节 干涉截止滤光片 第五节 带通滤光片 第六节 偏振分光膜
2
薄膜的分类及用途
3
薄膜的分类及用途
n3=1.71
n3=1.62
19
3.四层和四层以上增透膜的设计
通常遇到的问题：
a. 三层膜系的增透波段不够宽，或剩余反 射率还太高；
b. 满足设计要求的三种材料无法找全。
解决的办法： a. 优化三层母膜系G/M2HL/A中每层膜的折射率和 厚度，直至满足要求；可能出现现有膜料无法实 现的问题。 b. 以G/M2HL/A 为母膜系，将折射率设为定值， 调整膜层的厚度，并允许增加膜层层数，直到满 足要求。可能出现层数多以及极薄层的问题。
7
单层AR膜的光谱特点：
a. 对常用的多数
基底材料，满
单层减反射膜 G/L/A
1.52/1.38/1
足 n1 n0 nS 的膜料并不存
在，所以Rmin 0
很难实现零反
射。
b. V形减反射效
果，只能在某
个孤立波长点
实现最小反射，
光学薄膜完整版全解
光学薄膜技术复习提纲闭卷考试 120分钟考试时间：17周周三下午3:00---5:00（12月30号）题型：选择题（10*2）填空题（10题24分）判断题（10题）简答题（4题24分）综合题（2题22分,计算1题，论述1题）考试内容包含课本与课件，简答和综合题包含作业和例题一、判断题1. 光束斜入射到膜堆时，S －偏振光的反射率总是比p －偏振光的反射率高（正确）2. 对称膜系可以完全等效单层膜（错误，仅在通带中有类似特性）3. 对于吸收介质，只要引入复折射率，进行复数运算，那么就可以完全使用无吸收时的公式（正确）4. 膜层的特征矩阵有两种表达方式：导纳矩阵和菲涅尔系数矩阵（错误）5. 简单周期性多层膜，在其透射带内R<<1（错误）6. 在斜入射情况下，带通滤光片S －偏振光的带宽比p －偏振光的带宽为大（正确）7. 在包含吸收介质时，光在正反两个入射方向上的透过率是一样的（正确）8. 发生全反射时，光的能量将不进入第二介质（错误）9. 斜入射时，银反射膜的偏振效应比铝反射膜大（Al ：0.64-i 5.50，Ag ：0.050-i 2.87）（错误，因为银的折射率远小于铝）10. 高反射介质膜的截止深度是指在截止波长处的反射率（错误，是指截止带中心处的反射率）第一章 薄膜光学特性计算基础1、 干涉原理：同频率光波的复振幅矢量叠加。
2、 产生干涉的条件：频率相同、振动方向一致、位相相同或位相差恒定。
3、 薄膜干涉原理 ：层状物质的平行界面对光的多次反射和折射，导致同频率光波的多光束干涉叠加。
4、 光学薄膜：薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系。
5、 麦克斯韦方程组：(1) -(2) (3)0(4)D H j tB E tD ρB ∂∇⨯=+∂∂∇⨯=∂∇•=∇•= 6、 物质方程：D E B H j E εμσ=⎧⎪=⎨⎪=⎩7、 光学导纳：00r H N Y K E εμ==⨯8、 菲涅尔系数：菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅透射系数。
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薄 膜 光 学——典型膜系
反射膜——
金属反射膜 增强金属反射膜 全介质反射膜
薄 膜 光 学——典型膜系
金属反射镜
% R e f le c t a n c e
薄 膜 光 学——典型膜系
增强金属膜
Ag膜、Al膜及Al+LHLH膜光谱比较
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000
W avelength (nm )
薄 膜 光 学——典型膜系
全介质高反膜
由1/4波长厚度的高低折射率材料交替构 成的HLH…..LH型膜系，其导纳可以由其特 征矩阵较为容易的得到：
薄 膜 光 学——典型膜系
反射带宽：
g2s in1nnLHnnHL
薄 膜 光 学——典型膜系
用相对波数表示带宽：
1g 1g
用波长表示带宽：
101 g 201 g
0/1g0/1g
2g0/1g2 2g0
薄 膜 光 学——典型膜系
同样道理，在1/3、1/5、1/7、1/9处的反射 带边界为：
Hale Waihona Puke 1 g,3 g,5 gYnH nL
2S
•
nH2 nG
2
而反射率： R n0 Y
n0 Y
层数s趋近无穷大，R趋近1。
% R e f le c t a n c e
薄 膜 光 学——典型膜系
5\7\9\17层反射膜光谱
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
400 450 500 550 600 650 700 750 800 W av elength (nm )
激光反射镜电场设计
两个原则
薄 膜 光 学——典型膜系
滤光片
干涉截止滤光片 窄带、带通滤光片 金属滤光片 负滤光片
薄 膜 光 学——典型膜系
干涉截止滤光片
有些场合，人们利用反射膜截止某 一段光谱，同时还要求另一段光谱透射。
Long-pass or Short-pass Filters IR cut off filters Hot mirrors Cold mirrors Edge filters Dichroic Filters
当两列振幅相同的相干波沿相反方 向传播时，叠加后便产生驻波。全介质 高反膜系中沿正、反两个方向行进的平 面电磁波满足相干条件，当反射率接近1 时，满足驻波形成的条件；
精确的计算可以用矩阵的方法进行；
薄 膜 光 学——典型膜系
G/(HL)8HAir 反射膜系的电场分布情况
薄 膜 光 学——典型膜系
薄 膜 光 学——典型膜系
干涉截止滤光片 的几个重要指标
1．透射曲线开始上升 (或下降)时的波长以及此 曲线上升(或下降)的许可 斜率 2．高透射带的光 谱宽度、平均透射率以
及在此透射带内许可的 最小透射率 3．具有低 透射率的反射带(抑制带) 的光谱宽度以及在此范
围内所许可的最大透射 率。
薄 膜 光 学——典型膜系
干涉截止滤光片的基本结构与前 面讲的反射膜是一样的，都是HL… 四分之一波长的形式
薄 膜 光 学——典型膜系
通带波纹的压缩
可以看出标准的四分之一波长的反射膜 在反射带以外，透射率是震荡的，或者说通 带内由较大的波纹幅度，我们下面利用等效 折射率的方法来分析，找到波纹压缩的方法。
HL…LH型的膜系在最外端稍加变化则可 以用（L/2HL/2)n或(H/2LH/2)n来替代。这样我 们就可以用周期膜系的等效折射率的方法进 行分析了。
薄 膜 光 学——基础理论
对称膜系的等效折射率
对于以中间一层为中心，两边对称安置的多层膜， 却具有单层膜特征矩阵的所有特点，在数学上存在着 一个等效层，这为等效折射率理论奠定了基础。 下面 我们就以最简单的对称膜系(pqp)为例说明对称膜系在 数学上存在一个等效折射率的概念。这个称膜系的特 征矩阵为：
由上图可以看出最高反射率随层数 增加，而反射带宽并不增加
薄 膜 光 学——典型膜系
2
边界条 co2s件 边： n nH H n nL L
2 0 0 g
边
2
g边
2
1
g ,因此
g
4 2 2 0 / 称为相对波数cos
2边
sin
2
g 2
,
g
2
sin
1
nH nH
nL nL
我们一般称为前、后截止滤光片和 分色 膜它们有着近似的膜系结构，使用方式 有所不同。
薄 膜 光 学——典型膜系
要求某一波长范围的光束高效透射 而偏离这一波长的光束骤然变化为高 反射(或称抑制)的干涉截止滤光片有着 广泛的应用（例如：电影放映机中的 冷光镜）， 通常我们把抑制短波区、 透射长波区的滤光片称为长波通滤光 片。相反抑制长波区、透射短波区的 截止滤光片就称为短波通滤光片。
100
% T r a n s m it t a n c e
80
60
40
20
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
W a v e le n g th (n m )
% T r a n s m it t a n c e
薄 膜 光 学——典型膜系
不同膜系获得相同反射率以及相同带宽情况对比 100
负滤光片
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000
W a ve le n g th (n m )
薄 膜 光 学——典型膜系
反射膜系中的电场分布
在高能激光反射膜中经常关心电 场的分布情况
80
60
40
20
0
400
450
500
550
600
650
700
W a v e le n g th (n m )
红：G/(LF)50L/Air 绿：G/(7H 7F)5 7F/Air
nH=2.3 nL=1.46 nF=1.38 λ 0=550nm
% T r a n s m it t a n c e
负滤光片
波长带宽 3 0/3g0/3g92g0 50 /5g0/5g225g0
薄 膜 光 学——典型膜系
全介质反射膜反射带展宽
两个以上的标准反射膜系的叠加 变厚度薄膜： 算术递减 几何递减：稍好
薄 膜 光 学——典型膜系
如何减小反射带宽
g 2s
in1nnLHnnHL
中 心 波 长 在 900nm 的 标 准 反 射 膜